(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上のモータジェネレータと主動力源と出力軸が一つ以上の遊星歯車で接続されるとともに、前記出力軸が複数段の有段変速機を介して最終出力軸に接続されており、前記主動力源と前記出力軸との速度比を無段に設定できる車両用駆動装置において、
前記有段変速機は、少なくとも一つの段の締結要素としてドッグクラッチを備えるとともに、少なくとも一つの段の締結要素として、スリップ状態でトルクを伝達可能な半締結可能要素を備え、
前記有段変速機の変速比が最も大きい段の締結要素としてドッグクラッチを設けるとともに、前記変速比が最も大きい段に設けたドッグクラッチと並列に、前記出力軸の回転速度が前記最終出力軸の回転速度より高い場合に締結するワンウェイクラッチを設けたことを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用駆動装置において、
前記半締結可能要素は、変速比が最も小さい段の締結要素であることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の車両用駆動装置において、
前記有段変速機は、３段以上の変速段を備えており、変速比が最も大きい段および変速比が最も小さい段以外の段の締結要素として、ドッグクラッチを備えることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車両用駆動装置において、
前記最終出力軸側に動力が伝達されている状態で、前記有段変速機の変速を行う場合に、前記半締結可能要素を半締結状態に制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車両用駆動装置において、
前記制御手段は、前記最終出力軸側に動力が伝達されている状態で、前記有段変速機の変速を行う場合に、前記半締結可能要素を半締結状態に制御するとともに、前記半締結可能要素の変速比および車両の出力トルク目標値に基づいて、前記有段変速機の入力軸に伝達するトルク目標値を決定することを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の車両用駆動装置において、
前記制御手段は、前記１つのモータジェネレータを回転速度フィードバック制御により制御することを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の車両用駆動装置において、
前記１つのモータジェネレータは、前記出力軸と接続されていることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の車両用駆動装置において、
前記１つのモータジェネレータは、前記出力軸とは別の独立した回転軸を有することを特徴とする車両用駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主動力源および駆動系間の速度比を無段階に変更できる車両用駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つ以上の電動機と主動力源と出力軸とが一つ以上の遊星歯車で接続されて、主動力源と駆動系との速度比を無段に設定できる動力分配機構が知られている。この動力分配機構では、その構成上、主動力源に比べて大きな電動機が必要となるため、特許文献１に記載の「変速機を備えたハイブリッド車駆動構造」では、動力分配機構の出力軸に機械的な変速機を挿入することにより、上述した問題を解決している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２７６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、引用文献１に記載の構造において、機械的な変速機の変速機構として、ギヤと複数の多板クラッチの締結、非締結による変速機構を適用した場合、締結していない締結要素において発生する引きずり損失や、締結している締結要素における油圧ポンプ損失が生じるため、トータルな効率が悪化するという問題がある。一方、そのような損失を伴わない締結要素であるドッグクラッチを適用した場合、変速を実行する際に回転同期を取るためには、途中で全てのドッグクラッチをいったん完全開放する必要があるため、車両の駆動力として伝達可能なトルクが低くなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明による車両用駆動装置は、２つ以上のモータジェネレータと主動力源と出力軸が一つ以上の遊星歯車で接続されるとともに、出力軸が複数段の有段変速機を介して最終出力軸に接続されており、主動力源と出力軸との速度比を無段に設定できる車両用駆動装置であって、有段変速機は、少なくとも一つの段の締結要素としてドッグクラッチを備えるとともに、少なくとも一つの段の締結要素として、スリップ状態でトルクを伝達可能な半締結可能要素を備え、有段変速機の変速比が最も大きい段の締結要素としてドッグクラッチを設けるとともに、変速比が最も大きい段に設けたドッグクラッチと並列に、出力軸の回転速度が最終出力軸の回転速度より高い場合に締結するワンウェイクラッチを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による車両用駆動装置によれば、ドッグクラッチ締結時には、半締結可能要素締結時に比べて損失効率を向上させることができるとともに、変速機の変速時には、半締結可能要素を半締結状態とすることにより、駆動トルクを伝達させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態における車両用駆動装置の構成を示す図
【図２】ドッグクラッチを締結した場合の速度線図
【図３】ウェットクラッチを締結した場合の速度線図
【図４】変速機における変速比の切換時の制御を説明するための図
【図５】回転速度フィードバック制御を行う場合の制御ブロック図の一例を示す図
【図６】第１の実施の形態における車両用駆動装置の変形構成時の速度線図
【図７】第２の実施の形態における車両用駆動装置の変速機の構成を説明するための図
【図８】第３の実施の形態における車両用駆動装置の変速機の構成を説明するための図
【図９】第４の実施の形態における車両用駆動装置の変速機の構成を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の各実施の形態について説明する。
【０００９】
−第１の実施の形態−
図１は、第１の実施の形態における車両用駆動装置の構成を示す図である。この車両用駆動装置は、ハイブリッド車に適用される。
【００１０】
このハイブリッド車では、エンジン１の出力を遊星歯車装置１０にて第１のモータジェネレータ３と走行分出力とに分配し、第１のモータジェネレータ３が発電した電力を使って第２のモータジェネレータ５がトルクを出力し、遊星歯車装置１０の出力トルクと合成して駆動系の最終出力軸に出力することで、無段変速を可能としている。本明細書では、エンジン１の出力を遊星歯車装置１０にて第１のモータジェネレータ３と走行分出力とに分配し、遊星歯車装置１０の出力トルクと第２のモータジェネレータ５の出力トルクとを合成して出力する機構を、無段変速機構と呼ぶ。
【００１１】
ハイブリッド車の主動力源であるエンジン１は、ダンパー２を介して遊星歯車装置１０と接続されている。具体的には、エンジン１のクランク軸が遊星歯車装置１０のキャリア１４と連結されている。第１のモータジェネレータ３は、オイルポンプ４と接続されるとともに、遊星歯車装置１０のサンギア１３と連結されている。遊星歯車装置１０のリングギア１１は、アイドルギア２２と接続される。アイドルギア２２は、第２のモータジェネレータ５とも接続されるとともに、ギア２５を介してアイドルギア２１に接続される。
【００１２】
アイドルギア２１または２２に伝達されるトルクは、変速機６を介して、最終出力軸２３に伝達される。最終出力軸２３に伝達されたトルクは、図示しないディファレンシャル装置を介して、図示しない一対の車輪へ伝達される。
【００１３】
第１の実施の形態における変速機６は、２段変速機構となっている。変速比の小さい段の締結要素は、スリップ状態でトルクを伝達できる半締結可能要素であるウェットクラッチ７であり、変速比の大きい段の締結要素はドッグクラッチ８である。アイドルギア２１は、ベアリング２７により、最終出力軸２３に回転自在に支持されているが、ウェットクラッチ７が締結されると、アイドルギア２１と最終出力軸２３とが接続される。また、アイドルギア２２は、ベアリング２８により最終出力軸２３に回転自在に支持されているが、ドッグクラッチ８が締結されると、アイドルギア２２と最終出力軸２３とが締結される。
【００１４】
つまり、ウェットクラッチ７が締結されると、リングギア１１からの動力は、アイドルギア２２、ギア２４、ギア２５、アイドルギア２１、ウェットクラッチ７を通して最終出力軸２３に伝達される。
【００１５】
ドッグクラッチ８が締結されると、リングギア１１からの動力は、アイドルギア２２、ドッグクラッチ８を通して最終出力軸２３に伝達される。
【００１６】
ここで、最終出力軸２３等の各軸は、ベアリング２６により、図示しない車体等に支持される。
【００１７】
コントローラ３０は、変速機６の制御を行う。変速機６の制御内容については、後述する。
【００１８】
図２および図３は、縦軸に各回転要素の回転速度（回転数）をとった速度線図（共線図）であり、図２は、ドッグクラッチ８を締結した場合の速度線図、図３は、ウェットクラッチ７を締結した場合の速度線図をそれぞれ示している。ドッグクラッチ８が締結されるモードをローモード（Ｌｏｗ  ｍｏｄｅ）、ウェットクラッチ７が締結されるモードをハイモード（Ｈｉｇｈ  ｍｏｄｅ）と呼ぶ。
【００１９】
エンジン１、第１のモータジェネレータ３、および、第２のモータジェネレータ５は、互いに速度拘束の関係にあり、３者のうち２者の速度が決まると、残り１つの速度が決まるようになっている。そのため、各回転要素の回転速度を縦軸に示している速度線図では、これら３者は一直線上に示されている。
【００２０】
無段変速機構２０の出力回転速度は、ウェットクラッチ７またはドッグクラッチ８を介して、変速機６において減速される。上述したように、変速機６内に設けられているウェットクラッチ７は減速比の小さい段の締結要素であり、ドッグクラッチ８は減速比の大きい段の締結要素である。
【００２１】
コントローラ３０は、変速機６における変速比の切換時には、ウェットクラッチ７をいわゆる半クラッチ状態で締結する。これにより、ウェットクラッチ７を介して正のトルクを最終出力軸２３に伝達することができる。
【００２２】
図４は、無段変速機構２０から正のトルクが出力されている時に、変速機６における変速比の切換時の制御を説明するための図である。上述したように、変速機６における変速比の切換時には、ウェットクラッチ７を半クラッチ状態で締結する。ドッグクラッチ８を締結している状態から変速比を小さくする場合には、ドッグクラッチ８の開放前に、ウェットクラッチ７をいわゆる半クラッチ状態で締結し、その後、ドッグクラッチ８を開放して、ウェットクラッチ７の締結力を増していく。また、ウェットクラッチ７を締結している状態から変速比を大きくする場合には、ウェットクラッチ７の締結力を減少させて半クラッチ状態にした後、ドッグクラッチ８を締結し、その後、ウェットクラッチ７の締結力をゼロにする。
【００２３】
図４は、変速機６の変速途中で、ウェットクラッチ７が半クラッチの状態を示している。この場合、ウェットクラッチ７のうち、無段変速機構側には、図４の矢印で示すように、無段変速機構２０の出力軸の回転速度を低下させる力が働き、最終出力軸側には、最終出力軸２３の回転速度を上昇させる力が働く。すなわち、変速機６の変速時にも、半クラッチ状態のウェットクラッチ７を介して、正のトルクを最終出力軸２３に伝達させることができる。
【００２４】
なお、変速比の小さい段の締結要素をドッグクラッチ８とし、変速比の大きい段の締結要素をウェットクラッチ７とした場合には、変速機６の変速時に、逆方向のトルク、すなわち、減速方向のトルクが最終出力軸２３に伝達されることになる。しかし、実際の車両走行状況においては、変速機６の変速時に、車両の減速トルクを伝達することよりも、車両の加速トルクを伝達することの方が重要であるため、変速比の小さい段の締結要素をウェットクラッチ７とし、変速比の大きい段の締結要素をドッグクラッチ８とすることが好ましい。
【００２５】
以下で、図４を参照しながら、変速機６の変速時（ウェットクラッチ７を半クラッチ状態で締結）の制御方法について説明する。最終出力トルク目標値をＴｏｕｔ、無段変速機構２０の出力トルク目標値をＴｏｕｔ’、ウェットクラッチ７の目標締結トルクをＴｈ、ウェットクラッチ７が設けられている段の減速比をＧｆ（Ｈ）とすると、ウェットクラッチ７の目標締結トルクをＴｈは、次式（１）にて表される。
【００２６】
Ｔｈ＝Ｔｏｕｔ／Ｇｆ（Ｈ）                                      …（１）
【００２７】
なお、無段変速機構２０の出力軸の回転速度が加減速していない場合には、Ｔｏｕｔ’＝Ｔｈとなる。
【００２８】
ウェットクラッチ７の締結トルクは、式（１）で求めた目標締結トルクＴｈに基づいて制御する。例えば、ウェットクラッチ７が湿式多板クラッチである場合には、クラッチの押し付け圧制御値Ｐを次式（２）から求めて、クラッチの締結力を制御する。
【００２９】
Ｔｈ＝μ×Ｎ×Ｐ                                                …（２）
【００３０】
ただし、式（２）において、μはウェットクラッチ７の動摩擦係数、Ｎは接触面数である。
【００３１】
変速機６の変速時において、無段変速機構２０の出力軸の回転速度を上昇（加速）させるためには、出力トルク目標値Ｔｏｕｔ’をウェットクラッチ７の目標締結トルクＴｈより大きくし、回転速度を低下（減速）させるためには、出力トルク目標値Ｔｏｕｔ’をウェットクラッチ７の目標締結トルクＴｈより小さくする。Ｔｏｕｔ’は、第１のモータジェネレータ３の出力トルクＴ１、エンジン１の出力トルクＴｅ、および、第２のモータジェネレータ５の出力トルクＴ２の関数であり、既知の方法、例えば、特許第３８５８８８５号公報や特開２００４−３０８７１３号公報に記載されている方法により求めることができる。
【００３２】
無段変速機構２０は、回転速度フィードバック制御により制御することができる。図５は、回転速度フィードバック制御を行う場合の制御ブロック図の一例を示す図である。回転速度フィードバック制御を行う場合の無段変速機構２０の出力トルク目標値Ｔｏｕｔ’は、次式（３）で表すことができる。
【００３３】
Ｔｏｕｔ’＝Ｋ（Ｎｏｕｔ’＿ｒｅｆ−Ｎｏｕｔ’＿ａｃｔ）          …（３）
【００３４】
ただし、Ｎｏｕｔ’＿ｒｅｆは無段変速機構２０の回転速度の目標値であり、変速機６の変速目標段における目標回転速度等に基づいて設定する。また、Ｎｏｕｔ’＿ａｃｔは、無段変速機構２０の回転速度の実測値であり、図示しない回転速度センサにより計測する。Ｋは回転速度制御の比例ゲインである。
【００３５】
図６は、第１の実施の形態における車両用駆動装置の変形構成時の速度線図である。図２および図３の構成では、遊星歯車装置１０の出力（リングギア１１）と第２のモータジェネレータ５が変速機６およびアイドルギアを介して接続されていたが、図６の構成では、第２のモータジェネレータ５は、遊星歯車装置１０の出力軸とは別の独立な回転軸を有している。このような構成は、例えば、特開２００５−１４７３３４号公報に開示されているようなラビニョープラネタリギアにより実現可能である。
【００３６】
以上、第１の実施の形態における車両用駆動装置によれば、２つ以上のモータジェネレータ３、５と主動力源であるエンジン１と出力軸が一つ以上の遊星歯車で接続されるとともに、出力軸が複数段の有段変速機６を介して最終出力軸２３に接続されており、エンジン１と最終出力軸２３との速度比が無段に設定できるものであって、有段変速機６は、少なくとも一つの段の締結要素としてドッグクラッチ８を備えるとともに、少なくとも一つの段の締結要素として、スリップ状態でトルクを伝達可能な半締結可能要素であるウェットクラッチ７を備える。ドッグクラッチ８が締結されている場合には、ウェットクラッチ７を締結する場合に必要な動力源、すなわち、油圧ポンプを作動させる必要がないため、ウェットクラッチ７の締結時に比べて、損失が少なくなる。
【００３７】
特に、第１の実施の形態における車両用駆動装置によれば、最終出力軸２３に動力を伝達している状態で、有段変速機６の変速を行う場合に、ウェットクラッチ７を半締結状態に制御するので、有段変速機６の変速途中でも、正のトルクを最終出力軸２３に伝達することができる。従って、有段変速機６の変速時に、車両としての駆動力が途切れることがなく、加速時の車両挙動を損なうことがない。
【００３８】
また、第１の実施の形態における車両用駆動装置によれば、最終出力軸２３に動力を伝達している状態で、有段変速機６の変速を行う場合に、ウェットクラッチ７を半締結状態に制御するとともに、ウェットクラッチ７の変速比および車両の出力トルク目標値に基づいて、有段変速機６の入力軸に伝達するトルク目標値を決定する。これにより、有段変速機６の入力軸に伝達するトルクを直接制御することができるので、有段変速機６の変速中の制御を精度良く行うことができる。
【００３９】
−第２の実施の形態−
図７は、第２の実施の形態における車両用駆動装置の変速機の構成を説明するための図である。第２の実施の形態における車両用駆動装置では、変速機６Ａが１つのウェットクラッチ７と、複数のドッグクラッチ８１、８２、…、８ｎ（ｎは３以上の自然数）とにより、構成されている。すなわち、変速機６Ａは、変速比の異なる（ｎ＋１）段の構成となっている。
【００４０】
ウェットクラッチ７は、減速比の最も小さい段の締結要素である。ドッグクラッチ８１は、変速比の最も大きい段の締結要素であり、ドッグクラッチ８２は、ドッグクラッチ８１よりも変速比の小さい段の締結要素である。また、ドッグクラッチ８ｎは、複数のドッグクラッチの中で、最も変速比の小さい段の締結要素であるが、ウェットクラッチ７が設けられている段よりは変速比が大きい。
【００４１】
ドッグクラッチからウェットクラッチ７への切換時の動作は、第１の実施の形態と同様である。変速比の異なるドッグクラッチ間の切換時には、締結中のドッグクラッチの開放前に、ウェットクラッチ７をいわゆる半クラッチで締結し、締結中のドッグクラッチを完全に開放する。そして、ウェットクラッチ７を半クラッチで締結した状態で、目標段のドッグクラッチを締結してから、ウェットクラッチ７を開放する。
【００４２】
第２の実施の形態における車両用駆動装置によれば、変速機６Ａが一つの段の締結要素として、ウェットクラッチ７を備えるとともに、少なくとも２つ以上の段の締結要素として、ドッグクラッチを備える。ドッグクラッチが締結されている場合には、ウェットクラッチ７を締結する場合に必要な動力源、すなわち、油圧ポンプを作動させる必要がないため、ウェットクラッチ７の締結時に比べて、損失を少なくすることができる。
【００４３】
−第３の実施の形態−
図８は、第３の実施の形態における車両用駆動装置の変速機の構成を説明するための図である。第３の実施の形態における車両用駆動装置では、変速機６Ｂが１つのウェットクラッチ７と、複数のドッグクラッチ８２、…、８ｎ（ｎは３以上の自然数）と、ワンウェイクラッチ９０とにより、構成されている。この変速機６Ｂは、図８に示す変速機６Ａのドッグクラッチ８１をワンウェイクラッチ９０に置き換えた構成となっている。すなわち、ワンウェイクラッチ９０は、変速機６Ｂの変速比が最も大きい段の締結要素である。
【００４４】
ワンウェイクラッチ９０は、無段変速機構２０の出力軸の回転速度が最終出力軸２３の回転速度より高くなると締結し、締結している状態で、無段変速機構２０の出力軸の回転速度が最終出力軸２３の回転速度より低くなると開放される。
【００４５】
すなわち、無段変速機構２０の出力軸の回転速度を上昇させていき、最終出力軸２３の回転速度より高くなると、ワンウェイクラッチ９０が締結して、無段変速機構２０からの出力トルクが最終出力軸２３に伝達される。変速比の最も大きい段の締結要素として、ドッグクラッチの代わりにワンウェイクラッチ９０を用いることにより、ドッグクラッチ動作時の損失が発生しないので、さらに損失効率が向上する。
【００４６】
また、無段変速機構２０から出力トルクを最終出力軸２３に伝達しようとする場合には、ワンウェイクラッチ９０の動作により、自動的に最大減速比の段での駆動力伝達状態に移行するので、ドッグクラッチを締結する場合の速度差に起因する駆動力ショックの発生を低減することができる。
【００４７】
−第４の実施の形態−
図９は、第４の実施の形態における車両用駆動装置の変速機の構成を説明するための図である。第４の実施の形態における車両用駆動装置では、変速機６Ｃが１つのウェットクラッチ７と、複数のドッグクラッチ８１、８２、…、８ｎ（ｎは３以上の自然数）と、ワンウェイクラッチ９０とにより、構成されている。ワンウェイクラッチ９０は、変速比の最も大きい段の締結要素であるドッグクラッチ８１と並列に接続されている。
【００４８】
第３の実施の形態のように、変速比の最も大きい段の締結要素をワンウェイクラッチ９０のみとした場合、ワンウェイクラッチ９０を介して、無段変速機構２０からの負のトルクを最終出力軸２３に伝達させて、最終出力軸２３を逆回転、すなわち、車両をバックさせることができない。
【００４９】
従って、第４の実施の形態における車両用駆動装置では、変速比の最も大きい段の締結要素として、ドッグクラッチ８１と並列にワンウェイクラッチ９０を設け、変速機６Ｃの減速比が最も大きい段に接続する際に、最終出力軸２３に正の駆動力を伝達する場合にはワンウェイクラッチ９０を接続し、負の駆動力を伝達する場合には、ドッグクラッチ８１を接続する。これにより、正の駆動力を伝達する場合には、クラッチ接続時の損失を低減することができるとともに、ドッグクラッチ８１を介して、負の駆動力も伝達することができる。
【００５０】
第４の実施の形態における車両用駆動装置によれば、変速比が最も大きい段の締結要素としてドッグクラッチ８１を設けるとともに、変速比が最も大きい段に設けたドッグクラッチ８１と並列にワンウェイクラッチ９０を設けた。これにより、第３の実施の形態における車両用駆動装置と同様の効果を得ることができ、さらに、負の駆動力も伝達させることができる。
【００５１】
本発明は、上述した第１〜第４の実施の形態に限定されることはない。例えば、上述した各実施の形態では、半締結可能要素として、ウェットクラッチを用いたが、電磁クラッチ等、スリップ状態でトルクを伝達可能なものであればよい。
【００５２】
図７〜図９では、変速機が変速比の異なる（ｎ＋１）段（ｎは３以上の自然数）の構成として説明したが、ｎ＝２であってもよいし、図８および図９の構成では、２段構成であってもよい。図８において、変速機を２段構成とする場合には、変速比が最も大きい段にワンウェイクラッチ９０を、変速比が最も小さい段にウェットクラッチ７を設ければよい。
【００５３】
図５では、回転速度フィードバック制御として、比例制御を例に挙げて説明したが、比例制御と積分制御を組み合わせたＰＩ制御や、比例制御、積分制御、微分制御を組み合わせたＰＩＤ制御を行うこともできる。
【００５４】
特許請求の範囲の構成要素と各実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、モータジェネレータ５が１つのモータジェネレータを、ドッグクラッチ８がドッグクラッチを、ウェットクラッチ７が半締結可能要素を、ワンウェイクラッチ９０がワンウェイクラッチを、コントローラ３０が制御手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５５】
１…エンジン
３…第１のモータジェネレータ
５…第２のモータジェネレータ
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ…変速機
７…ウェットクラッチ
８、８１、８２、８ｎ…ドッグクラッチ
１０…遊星歯車装置
３０…コントローラ
９０…ワンウェイクラッチ
【図５】
0005310050.tif 000002
【図１】
0005310050.tif 000003
【図２】
0005310050.tif 000004
【図３】
0005310050.tif 000005
【図４】
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【図６】
0005310050.tif 000007
【図７】
0005310050.tif 000008
【図８】
0005310050.tif 000009
【図９】
0005310050.tif 000010